使用单输出栅极驱动器实现高侧或低侧驱动
摘要
在许多隔离式电源应用中，功率 MOSFET 通常采用某种形式的桥配置，用于优化电源开关和电源变压器，从而提高效率。这些桥配置创建了高侧 (HS) 和低侧 (LS) 两种开关类型。UCC277xx、UCC272xx 和 LM510x 系列等专用 HS 和 LS 栅极驱动器 IC 可在单个 IC 中为 HS 开关管以及 LS 开关管提供输出。
相比之下，某些应用通过使用单输出栅极驱动器（例如 UCC2753x 或隔离式 UCC53xx 系列），而不是将 HS 和 LS 组合为一个半桥驱动器，也能实现巨大优势。单输出驱动器的位置可以更靠近电源开关，带来更大的布局灵活性和更少的寄生效应，从而实现出色的开关性能。
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1 引言
HS 开关管请参阅图 1-1 中的 Q1 和 Q2。这些开关具有浮动的源极连接，并且此基准上的电压在开关周期内会发生变化。Q3 和 Q4 被视为 LS 开关管，因为它们的源极基准连接到输入地，并且在开关周期内不会改变电压。当 Q1 和 Q3 同时导通或者 Q2 和 Q4 同时导通时，将为 Vout 供电。对于节 2 中的电路示例，我们将仅关注使用 Q1 和 Q3 的桥部分。
图 1-1 具有高侧和低侧初级 MOSFET 的全桥功率级要在高功率应用中正确打开这些开关，通常需要栅极驱动 IC。要正确驱动 LS 开关管，通常非常简单，因为栅极驱动器的输出可以直接连接到开关的栅极，并且驱动器 IC 的 GND 连接到开关的源极。但是，要驱动 HS 开关管，还必须注意以下事项：
- 对于栅极驱动器输出信号本身，需要电平转换器或隔离式信号收发器（例如数字隔离器），以确保栅极保持高于源极的适当电压，从而正确打开 HS 开关管。随着 Q1 的源极（栅极驱动器的 GND）在 Q1 导通期间上升，驱动器需要其基准电压密切跟随 Q1 源极并保持信号电压和基准电压之间的差异。此外，该驱动器的 GND 需要与控制器地隔离，因为 Q1 源极在 0V 和 400V 等较高电压之间移动。
- HS 栅极驱动器还需要某种辅助电源，该电源可以浮动，并在源极升至输入电压时保持适当的导通偏置。否则，当 Q1 源极电压升高时，栅极驱动器将关断。这通常通过以下方式来实现：使用自举电路、隔离式辅助电源，或使用栅极驱动变压器将栅极驱动器与开关节点基准隔离。
2 高侧驱动方法
2.2 具有电容式信号隔离的自举辅助电源解决方案
信号隔离
图 2-2 使用基于电容器的信号隔离的高侧自举电路在图 2-2 中，U1 的输入使用 U3 进行隔离。U3 是电容式信号隔离器 ISO77xx。即使具有较大的共模接地压摆率，电容式隔离器也可正确地发出信号。与光耦合器相比，它们在使用寿命和温度范围内更稳定，并且没有栅极驱动变压器的占空比限制。
高侧偏置
在图 2-2 中，当 Q1 打开时，Dboot 和 Cboot 用作正确偏置 U1 的自举电路。当 Q1 关闭时，Dboot 正向偏置，并且在 Cboot 充电时，U1 直接由 Vbias1 供电。当 Q1 导通时，开关节点电压会增加到 HVDC，Dboot 被反向偏置并保护 Vbias1，并且当 Cboot 将其电荷清空到 U1 的 VDD 引脚时，U1 被供电。Cboot 产生的这种电荷必须足以在 Q1 整个导通期间使 Q1 保持开启。Dboot 和 Cboot 的大小超出了本文的讨论范围。在 UCC27712 数据表中，请参阅 来选择 Cboot，并参阅 来选择 Dboot。
